JPH0917820A - ワイヤボンディング装置およびワイヤボンディング方法 - Google Patents

ワイヤボンディング装置およびワイヤボンディング方法

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JPH0917820A
JPH0917820A JP7160543A JP16054395A JPH0917820A JP H0917820 A JPH0917820 A JP H0917820A JP 7160543 A JP7160543 A JP 7160543A JP 16054395 A JP16054395 A JP 16054395A JP H0917820 A JPH0917820 A JP H0917820A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、動作時間の無駄を省き、ボンディン
グサイクルタイムを向上させたボンディング装置および
ボンデイング方法を提供する。 【構成】半導体チップのボンディングパッドの垂直位置
と、外囲器のボンディングパッドの垂直位置とをオート
フォーカス機能により検知するカメラ系と、検知された
前記垂直位置から、前記ボンディングパッドの高さを演
算するボンディング高さ演算部と、ボンディングツール
の移動シーケンスを演算するボンディングシーケンス演
算部と、前記ボンディングツールを移動時には位置制御
を、接合時には荷重制御を行うように切り替える位置／
荷重制御切替部とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造に用
いられるワイヤボンディング装置およびボンディング方
法に関し、特にボンディングヘッドおよびＸ−Ｙテーブ
ルの移動制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来半導体チップの電極とリードフレー
ム等の外囲器部品の端子との間を電気的に接続する技術
としてワイヤボンディングが知られている。ワイヤボン
ディング法としては、金線を用いて線の先端に形成され
た金ボールを熱圧着するボールボンディング（超音波を
併用する場合が多い）、ウェッジ状のツールでワイヤ自
体を熱圧着するウェッジボンディング、超音波で接合す
る超音波ボンディング等が知られているが、ボンディン
グの確実性、高速性を兼ね備えたボールボンディング
が、集積回路の分野では主流になっている。集積回路の
多ピン化に伴いボンディングの高速性が求められてお
り、ワイヤ１本当たりに要する時間は、ワイヤ長を２ｍ
ｍとして０．１２ｓｅｃまでに達しているが、さらなる
高速化は駆動系の機械的制限もあり困難な問題も多く存
在する。
【０００３】従来の熱圧着ワイヤボンディングの手順を
図を参照して説明する。図４はボンディング時の半導体
チップ周辺の構成を示した斜視図である。図に示すよう
にリードフレームのダイパッド１００にマウントされた
半導体チップ１０３上の電極パッド１０５と、リードフ
レームのインナーリード１０４の電極１０６との間を金
等の金属細線１０１により接続を行っている。なお図の
脇に記載されたＸＹＺは座標軸を定義するものである。
【０００４】図５は、ボンディングヘッド１０９（但し
１部分の図示）のＺ軸の動作を示すシーケンス図であ
り、横軸は時間経過を表し、そこに付された番号はシー
ケンス番号である。縦軸はボンディングヘッドの上下方
向の相対位置を表す。
【０００５】ボンディング動作をシーケンスに沿って説
明すると、金ボール１０１ａが形成された金線１０１を
保持したボンディングツール１０７がパッド１０５の上
方に移動した後、（１）ツール１０７を高速下降させ、
サーチ高さに達した後、（２）ツール等速下降（サーチ
部）を行い、（３）パッド側ボンディング（接合）を行
う。接合終了後、（４）ツール１０７を上昇させると共
にＸ−Ｙテーブル１１０を移動させて再びツール１０７
を下降させることによりボンディングワイヤ１０１にル
ープ１０２を形成する。リード電極１０６面上のサーチ
レベルに達した後、（５）ツール等速下降（サーチ部）
を行い、（６）リード側ボンディングを行う。（７）ワ
イヤ切断の為の上昇を行い、（８）ボール１０１ａの形
成を行い、（９）次のボンディングパッドに移動し、ボ
ンディングの１シーケンスを終了する。
【０００６】Ｚ軸の制御は、（１）ツール高速下降、
（２）ツール等速下降（サーチ部）を位置制御で行い、
（３）パッド１０５側のボンディング時にはＺ面タッチ
（ボンディングパッド面へのタッチ）検出後荷重制御に
切り替え、接合終了後の（４）ループ形成（５）ツール
等速下降（サーチ部）は位置制御で行い、（６）リード
側ボンディング時も（３）と同様にＺ面タッチ検出後荷
重制御に切り替え、接合終了後の（７）ワイヤ切断の為
の上昇（８）ボール形成、（９）次のパッドへの移動を
位置制御で行っている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来のＺ軸動作では、
ワーク面（半導体チップ・インナーリードのボンディン
グパッド面）の高さのばらつきを考慮してＺ軸下降途中
にサーチレベルを設定し、このレベルに達した時高速下
降から等速（低速）動作に変更し、半導体チップへの衝
突時の衝撃を一定にするように制御されている。
【０００８】この等速動作の為（２）の等速下降時間が
必要となっている。この等速のスピードは接合時のイン
パクト荷重として作用するため接合条件の一つとなって
おり、接合条件によって速度が変更されていた。このた
め設定される速度により、（２）のツール等速下降時間
が変化し、ボンディングのサイクルタイムに影響してい
た。 またＺ面タッチ検出後に荷重制御に切り替えてい
たため、実際に面にタッチしてから荷重が加えらるまで
時間の遅れがあり、時間の無駄があった。
【０００９】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、動作時間の無駄を省き、ボンディングサイクルタイ
ムを向上させたボンディング装置およびボンデイング方
法を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明のボンディング装置は、水平に保持された半導
体チップの第１のボンディングパッドの垂直方向の位置
と、外囲器端子の第２のボンディングパッドの垂直方向
の位置とをオートフォーカス機能により検知するカメラ
系と、検知された前記垂直方向の位置から、前記第１お
よび第２のボンディングパッドの高さを演算するボンデ
ィング高さ演算部と、前記演算された高さに基づき、ボ
ンディングツールの移動シーケンスを演算するボンディ
ングシーケンス演算部と、前記移動シーケンスに連動し
て前記ボンディングツールを、移動時には位置制御を、
接合時には荷重制御を行うように切り替える位置／荷重
制御切替部とを具備することを特徴とする。
【００１１】前記カメラ系は、水平に保持された前記半
導体チップの前記第１のボンディングパッドの垂直およ
び平面方向の位置を検知し、かつ前記外囲器端子の前記
第２のボンディングパッドの垂直および平面方向の位置
を検知することを、さらに特徴としている。
【００１２】また本発明のワイヤボンデイング方法は、
水平に保持された半導体チップのボンディングパッドの
垂直方向の位置をオートフォーカス機能を有するカメラ
により検知し、第１の垂直位置情報を得るステップと、
前記第１の垂直位置情報に基づき、ボンディングワイヤ
を保持したボンディングツールを前記半導体チップの第
１のボンディングパッドに位置制御により高速下降させ
るステップと、前記第１のボンディングパッド面に前記
ボンディングツールが達した後、前記ボンディングツー
ルを位置制御から荷重制御に切り替えて、前記第１のボ
ンデイングパッドと前記ボンディングワイヤの接合を行
うステップと、前記ボンディングツールを位置制御に切
り替えて上昇させると共に、外囲器端子のボンデイング
パッド上に移動させるステップと、外囲器端子の第２の
ボンディングパッドの垂直方向の位置をオートフォーカ
ス機能を有するカメラにより検知し、第２の垂直位置情
報を得るステップと、前記第２の垂直位置情報に基づ
き、前記ボンディングワイヤを保持した前記ボンディン
グツールを前記外囲器端子の前記第２のボンディングパ
ッドに高速下降させるステップと、前記第２のボンディ
ングパッド面に前記ボンディングツールが達した後、前
記ボンディングツールを位置制御から荷重制御に切り替
えて、前記第２のボンデイングパッドと前記ボンディン
グワイヤの接合を行うステップとを具備することを特徴
とする。
【００１３】前記第１の垂直位置情報を得るステップに
おいては、この垂直情報に加えて、前記半導体チップの
前記第１のボンディングパッドの平面方向の位置を検知
し、前記第２の垂直位置情報を得るステップにおいて
は、この垂直位置情報に加えて、前記外囲器端子の前記
第２のボンディングパッドの平面方向の位置を検知する
ことをさらに特徴としている。
【００１４】
【作用】本発明のボンディング方法は、半導体チップ面
と外囲器リード面の高さをカメラ系のオートフォーカス
機能で検出し、これまであったサーチレベル設定による
下降速度の変更を無くし、直接ボンディングパッド面ま
で高速下降させる。これによりサーチスピード（等速時
間）設定によるボンディングスピード時間ロスを無くす
ことができ、ボンディングの高速化が行える。
【００１５】またこれまでボンディングパッド面タッチ
検出後に荷重制御に切り替えていた検出時間ロスを無く
すことによっても、ボンディングスピードの向上が図ら
れる。
【００１６】
【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。図１は本発明のワイヤボンディングの一実施例を説
明するためのボンディング装置要部の構成を示した斜視
図である。図の脇に記載されたＸＹＺは座標軸の定義を
示すものである。また図２は、本実施例のボンディング
装置の制御系統の構成を表したブロック図である。
【００１７】まずオートフォーカス機能付きカメラ１８
で半導体チップ１３のボンディングパッド１５の平面的
な位置関係を認識し、ボンディングパッド１５の基準位
置からのずれを確認する。これは通常対角線上の２つの
パッドの位置を確認することにより行われる。これによ
りＸ−Ｙテーブル２０の移動制御をするために予め装置
に記憶されていた位置データが書き換えられる。この動
作は従来でも行われていたものであるが、本発明ではこ
の時オートフォーカス機能により基準位置からのボンデ
ィングパッド面の高さをも検知し、ボンディング高さ演
算部２２で高さを演算する。
【００１８】次にリードフレーム１４のボンディングパ
ッド１６の平面的な位置を、同じくカメラで認識し、基
準データの補正を行う。この時リードフレームのボンデ
イングパッド１６のＺ軸方向の高さもオートフォーカス
機能により読みとる。
【００１９】予め移動機構の動作を定めた動作データを
もとにボンディングシーケンス演算部２４でＸ−Ｙ軸の
駆動量が演算され、Ｘ軸ドライバ２６、Ｙ軸ドライバ３
０を介してＸ軸モータ２８、Ｙ軸モータ３２がそれぞれ
駆動される。Ｚ軸については位置／荷重制御切替部３４
により、位置制御と荷重制御が切り替えられ、Ｚ軸ドラ
イバ３６、Ｚ軸モータ３８を介してＺ軸の駆動制御が行
われる。
【００２０】図３は本発明によるＺ軸動作と制御方式の
切り替えを表した動作シーケンスである。横軸は時間経
過と制御方式の切り替えを示し、縦軸はＺ軸方向の相対
的な位置を表している。横軸の動作段階を表す数字は、
従来技術のシーケンスである図４と同一動作については
同一符号を付して理解を容易にしている。
【００２１】ボンディング動作は金ボールが形成された
ワイヤがツールに保持されてパッド１５の上方に移動し
た後、（１）ツールの高速下降を行い、予め検出した半
導体チップ面高さに達した後、（３）パッド１５側のボ
ンディングを行う。接合終了後、（４）ツールを上昇さ
せると共にＸ−Ｙテーブルを移動させてループ形成を行
い、インナリードのボンディングパッド面に達した後
（６）インナリード側ボンディング（接合）を行い、
（７）ワイヤ切断のための上昇を行う。（８）金ボール
の形成を行い、（９）次のパッドに移動を行いボンディ
ングの１シーケンスを終了する。
【００２２】Ｚ軸の制御は、（１）のツール高速下降は
位置制御で行い、（３）のパッド１０５側のボンディン
グ（接合）時は荷重制御に切り替え、接合終了後の
（４）のループ形成は位置制御で行い、（６）のインナ
リード側のボンディング（接合）時は荷重制御に切り替
え、接合終了後の（７）ワイヤ切断のための上昇、
（８）ボール形成、（９）次のパッドへの移動を位置制
御で行う。上記の移動動作は、実際には移動の初期と終
期において減速されるいわゆるサイクロイダル曲線を描
き、円滑な動作が行われるように考慮される。
【００２３】本発明によれば、図３と従来技術の図５と
の比較でわかるように、（２）のツール等速下降（サー
チ部）とペレット面タッチ検出遅れと、（５）のツール
等速下降（サーチ部）とリード面タッチ検出遅れの時間
の無駄を排除することができる。これによりサイクルタ
イムを約１５％短くすることができる。本実施例ではボ
ールボンディングを例にとり説明したが、他のボンディ
ング方式に本発明を適用できることはいうまでもない。
【００２４】
【発明の効果】本発明によれば従来行われていたサーチ
時の等速動作と、面タッチ検出遅れによる無駄時間を無
くすことができ、ワイヤボンデイングの高速化を行うこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明一実施例に係るボンディング装置の要部
を示す斜視図。
【図２】本発明のボンディング装置の制御系の構成を示
すブロック図。
【図３】本発明のボンディング装置のボンディングツー
ルのＺ軸方向の動作を表すシーケンス図。
【図４】従来のボンディング装置の要部を示す斜視図。
【図５】従来のボンディング装置のボンディングツール
のＺ軸方向の動作を表すシーケンス図。
【符号の説明】
１１…ボンディングワイヤ、１１ａ…金ボール、１２…
ワイヤループ、１３…半導体チップ、１４…リードフレ
ーム、１５…ボンディングパッド、１６…リードフレー
ムボンディングパッド、１７…ボンディングツール、１
８…オートフォーカス付きカメラ、１９…ボンディング
ヘッド、２０…Ｘ−Ｙテーブル。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 水平に保持された半導体チップの第１の
    ボンディングパッドの垂直方向の位置と、外囲器端子の
    第２のボンディングパッドの垂直方向の位置とをオート
    フォーカス機能により検知するカメラ系と、 検知された前記垂直方向の位置から、前記第１および第
    ２のボンディングパッドの高さを演算するボンディング
    高さ演算部と、 前記演算された高さに基づき、ボンディングツールの移
    動シーケンスを演算するボンディングシーケンス演算部
    と、 前記移動シーケンスに連動して前記ボンディングツール
    を、移動時には位置制御を、接合時には荷重制御を行う
    ように切り替える位置／荷重制御切替部と、 を具備することを特徴とするワイヤボンディング装置。
  2. 【請求項２】 水平に保持された半導体チップの第１の
    ボンディングパッドの垂直方向の位置をオートフォーカ
    ス機能を有するカメラにより検知し、第１の垂直位置情
    報を得るステップと、 前記第１の垂直位置情報に基づき、ボンディングワイヤ
    を保持したボンディングツールを前記半導体ペレットの
    第１のボンディングパッドに位置制御により高速下降さ
    せるステップと、 前記第１のボンディングパッド面に前記ボンディングツ
    ールが達した後、前記ボンディングツールを位置制御か
    ら荷重制御に切り替えて、前記第１のボンデイングパッ
    ドと前記ボンディングワイヤの接合を行うステップと、 前記ボンディングツールを位置制御に切り替えて上昇さ
    せると共に、外囲器端子のボンデイングパッド上に移動
    させるステップと、 外囲器端子の第２のボンディングパッドの垂直方向の位
    置をオートフォーカス機能を有するカメラにより検知
    し、第２の垂直位置情報を得るステップと、 前記第２の垂直位置情報に基づき、前記ボンディングワ
    イヤを保持した前記ボンディングツールを前記外囲器端
    子の前記第２のボンディングパッドに高速下降させるス
    テップと、 前記第２のボンディングパッド面に前記ボンディングツ
    ールが達した後、前記ボンディングツールを位置制御か
    ら荷重制御に切り替えて、前記第２のボンデイングパッ
    ドと前記ボンディングワイヤの接合を行うステップと、 を具備することを特徴とするワイヤボンデイング方法。
  3. 【請求項３】 前記カメラ系は、水平に保持された前記
    半導体チップの前記第１のボンディングパッドの垂直お
    よび平面方向の位置を検知し、かつ前記外囲器端子の前
    記第２のボンディングパッドの垂直および平面方向の位
    置を検知することを特徴とする請求項１に記載のワイヤ
    ボンディング装置。
  4. 【請求項４】 前記第１の垂直位置情報を得るステップ
    においては、この垂直情報に加えて、前記半導体チップ
    の前記第１のボンディングパッドの平面方向の位置を検
    知し、 前記第２の垂直位置情報を得るステップにおいては、こ
    の垂直位置情報に加えて、前記外囲器端子の前記第２の
    ボンディングパッドの平面方向の位置を検知することを
    特徴とする請求項２に記載のワイヤボンディング方法。
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Cited By (1)

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